DE2117098B2 - Heizvorrichtung fur eine Ein richtung zur Analyse eines fließ fähigen Mediums, insbesondere von Blut - Google Patents

Heizvorrichtung fur eine Ein richtung zur Analyse eines fließ fähigen Mediums, insbesondere von Blut

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Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für eine Einrichtung zur Analyse eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Blut, das einer Prüfkammer durch eine Einlaßleitung zugeleitet wird, die durch die Heizvorrichtung geführt ist, in welcher ein Tempermedium zur Einregelung der Temperatur des zu analysierenden Mediums der Reihe nach durch eine Vorwärmestufe und eine Entwärmestufe fließt und die außerdem mit einer ein elektrisches Heizelement enthaltenden Wärmezufuhrstufe zum Erwärmen des Tempermediums ausgestattet ist.
Bei der Analyse von fließfähigen Medien ist oft eine Temperaturregulierung zweckmäßig, da der mit der Analyse verbundene Reaktionsmechanismus temperaturempfindlich sein kann. Ferner kann ein plötzlicher Temperaturgradient den Fühler erschüttern und seine Reaktion verzögern oder zu einem weniger genauen Resultat führen. Dies gilt insbesondere für die Analyse von Partialdrücken von bestimmten Gasen in Blutproben. Da die mit der Messung eines Partialdruckes von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff verbundene P-eaktion temperaturempfindlich ist, ist
es zweckmäßig, die Temperatur, bei welcher die Messung ausgeführt wird. ;;u stabilisieren. Ferner sind die zu analysierenden Blutproben oft gekühlt, und da die Blutproben den Elektroden zur Messung der Partiaidrücke \on Kohlendioxid und Sauerstoff ausgesetzt werden, kann die Reaktionsfähigkeit der Elektroden nachteilig beeinflußt weiden.
Aus der LSA.-Patenischrift 2^74 519 ist eine Heizvorrichtung zur mehrstufigen Temperaturregelung in einer Einrichtung zur Bestimmung des Ent- ίο flammungspunktes \on Kohlenwasserstoffen bekannt. Die einströmende Substanz wird in einer Spule vorgewärmt, beim Durchströmen eines Behälters weiter erwärmt und schließ..cn in einer Meßkammer nochmals erwärmt. Die Meßkammer ist von der die Temperatur regelnden Flüssigkeit (Wasser) umgeben, um die zu untersuchende Flüssigkeit auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Das die Tempei atur regelnde Wasser wird durch eine Pumpe umgewälzt. Das umgewälzte Wasser wird seinerseits an einer von den Heizstufen relativ weit entfernten Stelle erhitzt, und auch ein Temperaturfühler ist nicht in der Heizvorrichtung selbst angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist. eine Heizvorrichtung anzugeben, welche die Temperatur eines zu analysierenden Mediums während seiner Einführung in eine Meßkammer schneller und vor allem genauer als bisher auf eine bestimmte Temperatur einregeln kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Heizvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Wärmezufuhrstufe sich zwischen der Vorwärmestufe und der Entwärmestufe befindet und daß die Wärn.ezufuhrstufe eine ringförmige Kammer enthält, an deren Wand das Heizelement angeordnet ist, welches das durch die Kammer von der Vorwärrnstufe zur Endwärmestufe fließende Tempermedium erhitzt.
Das in die Prüfkammer einströmende Medium kann schnell auf die gewählte Meßtemperatur erwärmt werden, so daß eine lange, thermische Ausgleichzeit vor der Durchführung der Messung nicht notwendig ist. Dadurch wird nicht nur die zur Durchführung einer sinnvollen Messung erforderliche Zeit herabgesetzt, sondern es kann auch die Genauigkeit der Einrichtung durch Herabsetzung der Temperaturschwankung der Prüfvorrichtung erhöht werden. Dies trifft vorzugsweise für bestimmte Ausführungsformen zu, bei welchen eine kleine Temperaturdifferenz der Prüfvorrichtung oder der Probe in der Prüfkammer die elektrischen Charakteristiken der Prüfvorrichtung und somit der Genauigkeit der Einrichtung beeinträchtigt.
Bei einer bestimmten Ausführungsform kann durch die dicht nebeneinander liegende Anordnung der Wärmezufuhrstufe, eines Temperaturfühlers und der Prüfkamnicr eine sehr genaue Temperatursteuerung eines als Tempermedium dienenden Wasserbades und demzufolge der Probe, der Prüfkammer und der Prüfvorrichtung erzielt werden. Ferner ermöglicht die Konstruktion einfache und wirtschaftliche Herstellung und Service. Eine vorzugsweise durchsichtige Prüfkammer-Konstruktion ermöglicht die Beobachtung der Prürkammer und der Probe, so daß man leicht erkennen kann, ob die Prüfkammer voll ist oder ob die Probe Luftblasen enthält.
Nachfolgend wird em Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Analyseneinrichtung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig.! die Analyseneinrichtungen in schematischer Darstellung.
F i a. 2 die in F i g. 1 gezeigte Prüfkammer mit Prüfvorrichtung im Querschnitt 2-2 und in größerem Maßstab.
F i ii. ? die Heizvorrichtung der Analyseneinric'iiunti der F i ti. 1 in schaubildlicher. auseinandergezogener Darstellung.
F i g 4 die Analyseneinrichtung der F i g. 1 im Schnitt 4-4 and
F i g. 5 die Heizvorrichtung der F i g. 4 im Schnitt 5-5.
Die in F i 2. 1 gezeigte Einrichtung umfaßt ein Gehäuse 10 aus Aknlharzkunststoff. z. B. Plexiglas klar G. welcher eine Prüfkammer begrenzt, worin die Prüfspitzen einer aus zwei EleKtrodenvorrichtungen 12. 14 besiehenden Prüfvorrichtung angeordnet sind. Jede Ekktrodenvorrichtung 12 bzw. 14 ist von einem Wassermantel 16 bzw. 18 ur ^eben. welche beide über Rohrverbindungen 20 mit eir er Umwälzpumpe 22 verbunden sind. Ein von der Pumpe 22 führendes Abführrohr 24 ist mit einer Heizvorrichtung 26 verbunden, wobei das aufgewärmte Medium, in diesem Falle Wasser, durch die Wärmevorrichtung 26 zur Prüfkammer 10 und die Wassermäntel 16, 18 zurückfließt.
Das zu analysierende Medium wird durch eine Leitung bzw. Einlaßleitung 30 aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 0,584 mm durch eine Vorwärmstufe 32 in der Heizungsvorrichtung 26 und weiter durch eine Endwärmestufe 34 zur Prüfkammer eingeführt, von wo es durch einen Auslaßkanal 36 ausfließt. Zwischen der Vorwärm- und der Endwärmestufe der Heizvorrichtung ist eine Wärmezufuhrstufe 40 angeordnet, welche über zwei Drähte 42 von einer Leistungsquelle gespeist wird. Ein Thermistorfühler 44 ist zur Ermittlung der Temperatur des Mediums in der Endwärmestufe 34 und ein zweiter Temperaturfühler 46 zur Ermittlung der Gehäusetemperatur der Endwärmestufe 34 vorgesehen. Eine an einem Bügel 50 montierte Lampe 48 strahlt Licht durch das durchsichtige Gehäuse 10 der Prüfkammer, damit die Lage einer Probe in der Prüfkammer deutlich ersichtlich wird.
Details der Prüfkammer und der Fühler sind in Fig. 2 gezeigt. Die Prüfkammer 60 hat eine Breite von 3,18 mm und einen Durchmesser von 5,08 mm, ist zylindrisch und im durchsichtigen Gehäuse bzw. Block 10 aus Plexiglas ausgebildet. Die Einlaßöffnung 62 hat einen Durchmesser von 0,94 mm, wobei derjenige des Auslaßkanals 36 größer ist. Die Elektrodenvorrichfung 12 ist ein pCO.,-Fühlei, welcher an seiner Spitze eine pH-empfindliche Glasmembrane aufweist. Diese Spitze bildet die Endwand einer Innen kammer 66, in welcher eine Silbcr/Silberchlorideleiürode 68 untergebracht ist. Die Außenkammer 70 ist mit einem pCGyElektrolyt gefüllt und enthält eine Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode. Oberhalb des Endes der Elektrodenvorrichtung 12 befindet sich eine Abstandmembrane 72 aus Nylon und eine Membrane 74 aus einer hochpolymeren elastischen Organo-Silizium-Verbindung, welche Kohlendioxydgase, jedoch keine Ionen durchläßt. Die Elcktrodenvorrichtung 14 ist ein ρΟ.,-Fühler, welcher einen in einer Glashülle 78 angeordneten Kathodendraht 76 derart einschließt, daß nur seine Spitze 80 als reaktive Oberfläche am Ende der Glashülle 78 sichtbar ist. Diese Oberfläche ist von einer
Membrane 82 aus Polypropylen überzogen, welche lauf durchgelassen. Der mit einem Thermistor vcrse-Sauerstoff, jedoch keine in der Probe enthaltenen henc Temperaturfühler 44 ist in einem Gehäuse 150 Verunreinigungen und reduzierbare Ionen durchläßt. angebaut, welches eine Endwand von nur 0,25 mm Damit Elektronik für die Kathodereaktion verwendet Stärke aufweist, damit die thermische Verzögerung werden kann, ist eine Silber/Silberchlorid-Anode in 5 auf ein Minimum reduziert wird, wobei das Ausdie Prüfvorrichtung 18 eingebaut. gangssignal des Temperaturfühlers 44 die Heizung
In F i g. 3 ist die Heizvorrichtung 26 dargestellt, 42 steuert. Ein zweiter Temperaturfühler 46 ermittelt welche ein aus anodisiertem Aluminium bestehendes die Temperatur des Gehäuses der Heizvorrichtung Gehäuse 100 einschließt. Das Gehäuse 100 weist und gibt ein Ausgangssignal ab, welches bei einer eine von einer zylindrischen Innenwand 102 gebil- io Temperatur von etwa 40 bis 43° C die Heizspirale dete Vertiefung auf, welche zur Begrenzung der Vor- 122 ausschaltet.
wärme- und der Wärmezufuhrsektion dient. Ferner Der Zusammenbau der Heizvorrichtung und der
ist eine Übergangswand 104 vorgesehen, welche die Prüfkammer, der Elektrodcnvorrichlung und des Wand 102 mit einer Rohrsektion 106 für die End- Wassermantels ist in Fig. 4 gezeigt. Wie dort angcwärmestufe 34 verbindet. Diese Rohrsektion 106 er- 15 deutet, wird der Vorderteil der Heizvorrichtung in streckt sich zu einer Auslaßöffnung 108, welche mit das Gehäuse 10 eingesetzt, wobei das Ende der Ausseitlichen öffnungen 110 verbunden ist, damit das laßteile 134 der Einlaßleitung 30 mit der Einlaßöfferwärmte Medium seitlich in jeder Richtung ausge- nung 62 ausgerichtet ist. Zur Befestigung der Heizstoßen werden kann, was in Fig.4 durch Pfeile an- vorrichtung an der Prüfkammer sind Bolzen 160 vorgedeutet ist. Hinter den öffnungen 110 befindet sich 20 gesehen, und die Dichtungen 116 und 118 verhinein Hülsenteil 112 mit einer Bohrung 114. Eine dem, daß weder die Probe noch das erwärmte Mc-Dichtung 116 ist in einer Vertiefung 117 am Ende dium infolge Undichtigkeit ausfließen kann. Glcichdes Gehäuses 100 angeordnet, wobei eine als O-Ring zeitig wird ein direkter Tempermediumfluß in und ausgebildete Dichtung 118 am Auslaß vor dem Rohr durch das Gehäuse der Prüf kammer sowie weiter 106 vorgesehen ist. Die Wand 120 des Gehäuses 100 25 durch die Wasscrmäntelgehäuse 16 und 18 ermögzwischen der Vorwärm- und der Entwärmestufe be- licht. Die Boizen 160 werden ferner zur Befestigung sitzt eine Stärke von 0,254 mm und ist an der Heiz- des Bügels 50 für die genannte Lampe 48 verwendet, spule 122 oberhalb dieser Sektion im Raumteil 124 Das zu analysierende Medium, welches in diesem
befestigt. Falle Blut ist, wird durch die Prüfspitze 170 einge-
Die Einlaßleitung 30 ist zwischen dem geraden 30 führt, welche von einem am Gehäuse 10 befestigten Einlaßteil 132 und dem geraden Auslaßteil 134 als Bügel 172 getragen wird, wobei die Probe mittels Spirale 130 mit vier Windungen ausgebildet. Der eines nicht gezeigten Dreiwegevcntils der Einlaßlei-Auslaßteil 134 führt durch eine Bohrung 136 in tung 30 zugeführt wird. Das Dreiwegeventil dient fereinem Einsatz bzw. Block 138 sowie durch einen ner der Zufuhr eines Kalibriermediums und eines Tragkörper 140 hindurch. Der Einlaßteil 132 führt 35 Rcinigungsmcdiums. und zwar mittels eines reduzierdurch eine Endkappe 142 und ist von ihr umgeben. ten Druckes, welcher auf den Auslaßkanal 36 zum Eine zylindrische Abstandhülse 144 ist zwischen dem Leitungsrohr 30 mit Hilfe einer nicht gezeigten Pum-Block 138 und der Endkappe 142 angeordnet und penvorrichtung ausgeübt wird. Bei der Analyse einer von der Spirale 130 umgeben. Blutprobe wird die Spitze 170 darin eingetaucht und
Die Heizvorrichtung ist in F i g. 5 dargestellt. Der 40 der Auslaßkanal 36 mit einer Pumpe verbunden, Block 138 wird vom Tragkörper 140 neben der welche die Probe mit einer Geschwindigkeit von Heizspirale 122 getragen, und der Auslaßteil 134 der 25 ul 's hineinzieht. Die Probe fließt durch die Ein-Einlaßleitung 30 erstreckt sich durch den Block 138, laßleitung 30 und die Spirale 130 in die Vorwärmden Rohrteil 106 und die Bohrung 114 und empfängt stufe, wo die Probe beinahe auf die gewählte Tcmpean seinem Ende die Dichtung 116. Der Block 138 45 ratur, d h. in diesem Falle 37 ± 0,05° C, erwärmt hat einen Durchmesser von 22,23 mm, und die Ab- wird. Die Vorwärmkammer hat ein viel größeres messungen des ringförmigen Kanals zwischen dem Volumen als die Spirale 130, damit die Wassertem-Block I38 und der Wandung 102 beträgt etwa peratur infolge Wärmeübertragung nicht nenneus-0,25 mm. Die Übergangswand 104 und die Endwand wert herabgesetzt wird. Die Probe fließt dann durch des Blocks 138 sind derart bemessen, daß sie einen 5° den Block 138, während das Tempermedium in einei Übergangskanal mit ^"'chmäßigem Querschnitt für Hülle an der Heizspirale 122 vorbeifließt und daden Rohrteil 106 bereitet. Im Betrieb wird durch die durch die erforderliche Energiezufuhr zur Wieder Rohrleitung 24 in die Vonvärmekammer 32 Wasser herstellung seiner Temperatur erhält. Der Wasserflut eingepumpt, welches über die Spirale 130 strömt und führt weiter am Auslaßteil 134 vorbei in die Endwär dann mit höherer Geschwindigkeit durch den ring- 55 meheizstufe 34. damit die Temperatur der Prob förmigen Kanal zwischen der Wandung 102 und dem genau eingestellt wird. Gleichzeitig ermittelt de Block 138 gezwungen wird, wobei es in Form einer Thermistorfühler 44 die Temperatur zur Steueruni dünnen, ringförmigen Hülle der Heizung 122 ausge- der Heizspirale 122, wonach das Wasser in das Ge setzt wird. Anschließend fließt das Wasser zur End- häuse 10 einfließt, in welchem sich die Prüfkamme wärmestufe 34 hinunter, wo es direkt über den Aus- 60 60 befindet. Die Prüfkammer 60 und die Elektroden laßteil 134 der Einlaßleitung 30 mit ungefähr der vorrichtungen 14 und 16 halten dadurch ihre vorein gleichen Geschwindigkeit, wie durch die Heizsektion, gestellte Temperatur bei, daß sie dem Fluß des kon vorbeiströmt. Das Wasser wird dann seitlich durch ditionierten Wassers direkt ausgesetzt sind, wobei di die Öffnungen 110 ausgelassen, was in F i g. 4 durch Probe bei dieser Temperatur in die Prüfkammer 6 Pfeile angedeutet ist. Danach wird das Wasser durch 65 eingeführt wird. Die Elektrodenvorrichtungen wei das Gehäuse 10 der Prüfkammer und dann nach den deshalb nicht einer plötzlichen thermischen Va außen durch die Wassermäntel 16 bzw. 18, das Aus- änderung ausgesetzt, weil die Probe in einer dera laßrohr 20 und die Pumpe 22 für einen weiteren Um- wirksamen Weise erwärmt ist, daß nur eine gar
kleine Menge erforderlich ist. Die große Masse der Probekammer und der Elektrodenvorrichtungen werden bei einer stabilen Temperatur gehalten. Diese Einrichtung bietet eine ausgezeichnete Temperatur-Stabilität für genaue Messungen des O.,- und des CO2-GuUaUeS im Blut.
Eine Reinigungslösung wird durch die Einlaßleitung 30 mit einer höheren Geschwindigkeit (Pumpenleistung etwa 200 ul/s) als diejenige der Probe (etwa 25 l/s) eingeführt, wobei die tangentiale Einführungsrichtung in die Prüfkammer 60 eine Turbulenz erzeugt, welche die Reinigung für die nächste Analysereihe erleichtert.
Bei einer vorzugsweisen Analyseneinrichtung beträgt beispielsweise die Fließzeit für das Tempermedium von der Heizung bis zum Temperaturfühler etwa 0,06 s. Die zu analysierende Probe wird der Prüfkammer mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 25 ul/s zugeführt und wird von einer Ausgangstemperatur von 4° C ab auf 37 ± 0,05° C erwärmt. Eine Spüllösung strömt mit einer Geschwindigkeit von etwa 200 ul/s und wird von einer Ausgangstemperatur von 25° C ab auf 37 ± 0,05° C erwärmt. Kalibriergas wird mit einer Geschwindigkeit von 0,164cm:l/s zugeführt und auf ähnliche Weise erhitzt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
309 543/405

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Heizvorrichtung für eine Einrichtung zur Analyse eines fließfähigen Mediums, insbesondere von Blut, das einer Prüfkummer durch eine Einlaßleitung zugeleitet wird, die durch die Heizvorrichtung geführt ist. die außerdem mit einer ein elektrisches Heizelement enthaltenden YVa'rmezufuhrstufe zum Erwärmen des Tempcrmediums ausgestattet ist. in welcher ein Tempermedium zur Einregelung der Temperatur des zu analysierenden Mediums der Reihe nach durch eine V orwärmstufe und eine Endwärmestufe fließt und dadurch gekennzeichnet ist. daß die Wärmezufuhrstufe (40) sich zwischen der Yorwarrmtufe (32) und der Ennvärmestufe (34) befindet und dal? He Wärmezufuhrstufe (40) eine ringförmige Kammer enthält, an deren Wand (120) das Heizelement (122) angeordnet ist. welches das durch die Kammer von der Vorwärmstufe (32) zur Entwärmestufe (34) fließende Tempermedium erhitzt.
2. Einrichtung nach Anspruch', dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Teil eines Oehäuses (100) der Heizvorrichtung (26) ein Einsatz (138) angeordnet ist, welcher mit der Innenfläche dieses ersten Gehäuseteiles die ringförmige Kammer bildet, durch welche das Tempermedium durch die Wärmezi.fuhrst* r.e (40) fließt. und daß die Endwärmestufe (34) in einem zweiten Gehäuseteil mit kleinerem Quersch itt als derjenige des ersten Teils angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (100) der Heizvorrichtung (26) eine zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil befindliche Lbergangswand (104) aufweist, welche mit dem Einsatz (138) zusammen einen von dem ersten zu dem zweiten Gehäuseteil führenden Übergangskanal bildet, dessen Abmessungen derart gewählt sind, daß das Tempermedium ihn und den zweiten Gehäuseteil mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit wie in der Wärmezufuhrstufe (40) durchfließt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche· 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil der Einlaßleitung (30) in der Vorwärmstufe (32) als Spule (130) ausgebildet ist. während ein zweiter Teil der Einlaßleitung (30) gerade verläuft und koaxial zur Wärmezufuhrstufe (40) und zur Endwärmestufe (34) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (26) in Fließrichtung nach der Wärmezufuhrstufe (40) eine Auslaßöffnung (108) für das Tempermedium aufweist, an die sich eine Eintrittsöffnung für das Tempermedium in einem die Prüfkammer (60) begrenzenden Gehäuse (10) anschließt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Dichtung (118) zwischen dem Ende der Endwärmestufe (34) und der Prüfkammer (60) und eine zweite Dichtung (116) zwischen der Endheizstufe (34) und dem Gehäuse (10) der Prüfkammer (60) angeordnet sind, und daß in der Endwärmestufe (34) zwischen beiden Dichtungen (118,116) eine AuMuÖöffnung (108: 110) für das Tempeniiedium angeordnet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmevolumen der Vorwärmstufe (32) viel größer ist als d;^ Aufnahme\olumen desjenigen Teils der Einlaßleituns (30). welcher in der Vorwärmstufe (32) liegt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß in der Endwärmestufe (34) ein Temperaturfühler (44) zur Überwachung des Bet:iebes der Wärmezufuhr-Mufe (40) vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (44) einen Thermistor zur Ermittlung der Temperatur des durch die Endwärmestufe (34) strömenden Tempermediums enthält.
10. Einrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperaturfühler (46) vorgesehen ist. welcher neben dem Thermistor (44) angeordnet ist und zur Ermittlung der Temperatur der Heizvorrichtung (26) dient.
11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem ersten Temperaturfühler (44) elektrisch verbundene Heizelement (122) auf einer dünnen Wand (120) angeordnet ist, deren Breite wenigstens ungefähr gleich derjenigen der von ihr begrenzten ringförmigen Kammer ist.
12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempermedium in einem geschlossenen Kreis durch die Heizvorrichtung (26) und durch die Prüfkammer (60) umgebende Räume (16,18) umwälzbar ist.
13. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiäikammer (60) eine zylindrische Form hat und die Einlaßleitung (30) tangential zur zylindrischen Wand (102) der Prüfkammer (60) angeordnet ist.
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